手機 GPU 大戰一觸即發，頭頂三星、高通、蘋果三座大山，國產芯片的出路在哪里？

前有蘇媽站臺三星，后有老黃力挺聯發科？

2022年 11 月，聯發科和高通接連發布了新一代旗艦芯片——天璣 9200 和驍龍 8 Gen 2，除了性能上的提升，兩場發布會上最大的功能亮點都是對移動光追技術的支持。光追對畫面顯示效果的提升，早已被桌面玩家認可，但同時，外界也對兩款手機芯片的光追性能以及能效保留了疑問——先不說能效表現，在實際游戲中，手機 GPU 能跑多久？不知道。

包括號稱首發移動光追開放平臺的一加 11，也根本沒準備好正式迎接手游光追。即使在目前手游比較普遍的 720P 清晰度下，光追對手機 GPU 的性能和功耗壓力依然很大，如果說高通那邊還可能依靠自研 GPU 架構再擠一管「牙膏」，聯發科這邊最好的選擇就是：搖人。

據 DidiTimes 援引芯片設計人士報道稱，正在沖擊高端市場的聯發科將與英偉達進行合作，預計最快將在 2024 年聯發科的旗艦芯片上搭載英偉達 GPU，強化聯發科芯片的 AI 和游戲性能。

而除了聯發科，其他幾家手機芯片廠商也在加強 GPU 方面的性能，以應對移動光追以及 AI 等方面的性能需求。三星攜手 AMD 早在去年就推出了支持光追的芯片，高通也將繼續發力自研 GPU 架構，蘋果原計劃在 A16 上的采用新一代支持光追的 GPU 架構也即將到來。

未來幾年，隨著各家對移動光追的落地，我們很可能將看到蘋果、高通、聯發科、三星、英偉達、AMD 以及 Arm——七家全球半導體巨頭在手機 GPU 領域的對決盛景。


1、手機 GPU 大戰在即

理想情況下，聯發科可以借由英偉達在 GPU 上的理解和技術實力，一舉拉近與驍龍旗艦芯片、蘋果 A 系列在 GPU 方面的差距，甚至是超越，進而聯發科也有望搶到更多的高端手機芯片市場份額。

當然，實際層面還是有太多可能因素影響。

去年年初，三星發布的旗艦芯片 Exynos 2200，其中就搭載了基于 AMD RDNA2 架構開發的 GPU，首發支持移動光追和可變速率著色等高級圖形處理功能。

但從后面 Exynos 2200 的表現來看，三星和 AMD 的首次攜手顯然談不上成功，能效遠低于外界預期。在今年最新一代旗艦手機 S23 系列上，三星甚至在全球范圍內轉向高通驍龍平臺，Exynos 平臺則轉而服務三星自家的中端或入門級產品。

不過，三星和 AMD 并沒有因為第一次的失敗而放棄繼續合作。至少三星明確表態將繼續在 Exynos 上與 AMD 合作，基于 RDNA 架構開發 GPU。此外，還有消息指出三星成立了一個名為「夢之隊」的研發小組，目標是在 2025 年開發出具有競爭力的移動處理器，最終計劃在 Galaxy S25 系列上搭載。

另一邊，AMD 入局手機 GPU 市場，英偉達更是在 Tegra 之后再度重返，一是看到了未來 ARM 架構在高性能芯片市場的可能帶來的變局，二是智能手機作為全球最大的游戲平臺的巨大利益，完全可能彌補 PC 市場萎縮留下的巨大缺口。

上周，英偉達公布了 2022 年第四季度及全年業績報告，游戲和數據中心依然是英偉達最核心的兩大業務。全年來看，數據中心（含 AI）業務營收達到了 150.1 億美元，同比增長 41%；游戲業務營收 90.7 億美元，同比下滑 27%。

不僅是財報亮眼，最近兩個月火爆全球的 ChatGPT，也讓主導 AI GPU 市場的英偉達的市值從年初至今漲了近 2000 億美元。也怪不得過去兩年英偉達創始人兼 CEO 黃仁勛多次在公開場合表示，「英偉達不是一家游戲公司，而是一家 AI 公司」。

就在最新的財報電話會議上，英偉達也是滿口都是 AI，一位網友做了粗略的統計：5 分鐘內，英偉達提了 23 次「AI」。

與此同時，全球 PC 市場的繼續萎縮對于 AMD 和英偉達的游戲業務始終都是一個壓力。去年前三個季度，英偉達游戲業務收入就經歷了過山車一般的下滑。與聯發科的合作，有可能將英偉達帶向一個遠大于 PC 市場的智能手機市場。

但留給英偉達和 AMD 的問題是，他們必須證明自己的價值——幫助聯發科和三星在 GPU 性能和能效方面，追上甚至超越擁有自研 GPU 的高通和蘋果。


2、高通和蘋果：兩座大山

相比其他手機芯片設計廠商，蘋果和高通長期以來處于手機 GPU 領域的領先地位。很大程度上，這要歸功于自研 GPU 架構帶來的好處，不僅讓蘋果和高通打造一系列專屬的特性和功能，形成差異化優勢，也可以自行規劃 GPU 的發展方向，掌控產品的更新節奏。

比如高通從 2018 年的驍龍 845 開始就推出了異構計算的人工智能引擎 AI Engine，通過 CPU、GPU 和 DSP 三方協同的方式實現頂尖的 AI 處理功能。

而從高通驍龍 865 旗艦芯片開始，驍龍 Elite Gaming 特性開始包括 Adreno GPU 驅動更新。這讓手游也可以像桌面游戲一樣，可以由玩家自行掌控圖形驅動更新和 GPU 設置，享受最新的游戲特性體驗。

但 Adreno GPU 也不是憑空而生的，高通 Adreno 技術其實來源于 ATI Imageon 系列低功耗 GPU。2006 年，AMD 收購了處在低谷的 ATI 公司。然而當時的 AMD 資金并不充裕，因此在收購之后也陷入了困境。為了解決問題，AMD 在 2008 年將與移動設備和技術有關的 ATI 業務打包出售給了高通。

也正是在 ATI Imageon 產品線的基礎上，高通驍龍 Adreno GPU 應運而生，這也使得高通成為了 Android 生態中唯一一家能夠獨立自行研發移動 GPU 架構而無需購買 Arm 公版授權的廠商。

在最新的蘋果 A16 芯片上，CPU 和 GPU 提升寥寥，官方用來體現 CPU 性能提升的對比產品還是三年前的 A13，GPU 方面更是被高通最新一代 Adreno 反超一大截。

極客灣的測試結果顯示，搭載驍龍 8 Gen 2 的小米 13 在絕大部分頻率的能效都明顯優于搭載 A16 的 iPhone 14 Pro，以及搭載 A15 的 iPhone 13 Pro。在上一代的 GPU 競爭中，A15 還能占據一定優勢，到了 A16 這代幾乎完敗給了高通 Adreno 740 GPU。

而據 The Information 報道，蘋果原計劃是對 A16 芯片的 GPU 進行重大升級，引入光追等技術。但在開發過程中，蘋果發現存在設計缺陷，會導致嚴重影響手機續航和發熱的問題，最終不得不直接使用 A15 上的 GPU 設計，這也是為什么 A16 GPU 完全沒有進步的原因。


3、三星和高通：同一方向，不同目的

如果非要用一個結論概括高通和三星重啟自研 CPU 架構的原因，無疑是因為產品不行。更具體地說是，在蘋果的對比下，Arm Cortex CPU 不太行，即便是超大核的推出也沒有改變現狀，高通和三星想要打破各自面臨的僵局，只能繼續深入核心架構。

但具體到兩家公司，還存在較大的區別。在三星這邊，核心還是希望重振手機業務。根據 Counterpoint Research 的報告，去年第四季度蘋果已經超過三星成為全球第一大智能手機廠商，而同時三星在中國市場也幾乎沒有挽回之力。

雖然在 Galaxy S23 系列這代選擇了全線搭載驍龍 8 Gen 2 芯片，但三星并沒有打算放棄自有芯片。在重啟自研 CPU 架構之外，三星與 AMD 在移動 GPU 上的合作也沒有停止，負責 GPU 開發的三星副總裁 Sungboem Park 明確表示將繼續與 AMD 合作。

到去年年底還有消息稱，三星將聯合 AMD Radeon 團隊和谷歌 Tensor 團隊，共同開發一款全新的移動 SoC，預計將于 2025 年獨占推出。三星電子總裁、MX 業務負責人盧泰文日前也透露，三星電子正在為旗下的 Galaxy 手機產品線研發專屬的定制 SoC，并稱這款芯片將會是：

不同于市面上的任何其它產品、堪稱「獨一無二」的存在。

自研芯片核心的好處之一在于對硬件底層的整合，同時掌控產品周期，根據需求定制芯片設計，以及更好地適配軟件生態。這既是蘋果打造核心體驗的關鍵，也是越來越多手機廠商投入自研芯片的主要動力。而更深層次的自研 CPU/GPU 架構可以在核心差異化方面取得更大的突破。

Garner 研究總監盛陵海也表示：「自研內核可使芯片廠商在進行處理器開發時可以減少對公版設計的依賴，擁有更大的自主性和差異化。」

但受限 Arm 公版架構，高通這幾年眼看蘋果在 PC、高端手機市場不斷擴大優勢，自身卻沒有太多辦法。

在 PC 上，得益于 M 系列芯片的低功耗和高性能表現，MacBook 在提升性能表現的同時大幅改善了散熱、續航、噪音等多方面的表現，幾乎在 PC 寒冬中一騎絕塵，不斷拉高了蘋果的市場份額。

而在高端手機市場，蘋果還在繼續鞏固其統治地位，去年更是占去了全球份額的四分之三。毫無疑問，Android 陣營沖擊高端的舉動和驍龍 888 和 8 Gen 1 的糟糕表現相加，不僅沒有挑戰到蘋果，甚至一定程度上加深了消費者在高端市場對蘋果的認可。

只是在 A16 這一代遇到了自身的錯誤（事關移動光追技術支持，詳情可看我們之前的報道），再加之高通換到臺積電 3nm 工藝+新架構帶來的大幅提升，才堪堪被縮小了差距。

不過，更本質的問題并沒有被解決，高通想要幫助 Android 陣營拿下更多的高端市場份額，必須拿出能效和性能表現更優異的產品，既然 Arm 公版設計難以滿足，只能像自研 Adreno GPU 一樣，自己開發 CPU 核心架構。


4、國產芯片的出路

目前，國產CPU按架構類型主要分為ARM、X86、自研三條路線。關于這些架構是否自主可控，外界爭論頗多。其實只從架構來源判斷是否自主，是陷入表象了。國產CPU的自主可控，要看是否擁有消化、吸收、迭代的能力。


ARM路線：表面繁榮與背后隱憂

近年來，ARM架構在國內市占增長迅速，生態短板也有所補齊。但繁榮背后，仍存在隱憂，根源即是可持續迭代的問題。

ARM授權模式主要為架構許可協議（ALA）和技術許可協議（TLA）。打個比方，ALA相當于買了毛坯房，可基于戶型圖做硬裝軟裝，TLA相當于買了精裝房，只能填些家具物件；但無論毛坯還是精裝，都不能擅自改變戶型結構。即買了哪個架構版本就是哪個版本，想要迭代升級，只能購買新的架構版本。

ARM這種授權模式，好處是降低技術門檻，國內公司拿來即用，能快速產出高性能CPU；壞消息是，會被死死鎖在版本授權的框里，如果通過自主迭代跨越版本紅線，那么就會嚴重侵權。

2021年ARM公司推出了新一代ARM v9架構，受美國禁令影響國內授權遙遙無期。只拿到v8版本授權的國產ARM陷入兩難境地，自研無門，引進受限，未來迭代前景不太樂觀。


X86路線：技術引進后的再創新

國內X86架構玩家，主要為海光和兆芯。

兆芯的X86授權來源于早年收購的臺灣VIA公司。基于X86天然的性能生態優勢，兆芯已成功自主研發并量產多款通用處理器產品，行業應用成果突出。

從兆芯KH-4000的測試跑分數據來看，性能大概接近于AMD的EPYC 7601，即第一代的Zen。

海光的X86授權來源AMD，并且還拿到了ZEN1架構的完全授權，技術起點相對較高。因為X86交叉授權的模式，所以無版權風險，迭代方面也沒什么限制。

在此基礎上，海光3年3款產品的快速迭代。去年發布的海光3號，性能較上代提升40%，從跑分上看也接近AMD的EPYC 7513，即第三代的Zen。

可見，X86陣營的玩家，都在技術引進后實現了消化、吸收以及不同程度的再創新，與國際頂尖產品的代際也相差不多。


自研路線：站在前人肩膀，未來可期

除ARM、X86外，龍芯一直自研的LoongArch架構，其實也是有參考借鑒國外架構技術。

龍芯最早使用的是MIPS架構，2009年獲得的授權。后來在MIPS架構經驗上，推出了LoongArch架構，相對于MIPS，摒棄了部分不適合現代CPU的指令，又做了部分擴展，相對而言自研程度更深，迭代發展不受人所制。

可惜龍芯的性能偏弱，生態也不夠完善，不滿足當下商業市場的需要。不過隨著龍芯研發進步，相信未來可期。

幾條路線背后都有國外技術的影子，因此較真架構授權來源并無必要，可持續發展才是唯一出路。國產CPU還處于發展中階段，要正視與世界主流的差距，“黑貓白貓，能抓耗子就是好貓”。

如何消化吸收先進技術，創新迭代好用的中國芯，這才是應該要聚焦的事情。